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" Procédé perfectionné pour le traitement de combustibles ".
La présente invention concerne un procédé perfectionné pour l'utilisation efficace de combustibles solides à base de carbone, tels que'le charbon, le coke, la tourbe, etc..., et plus spécialement un procédé pour transformer ces matières en des produits plus précieux, spécialement en gaz combustibles.
L'invention sera comprise plus complètement diaprés la des- cription qui suit et d'après le dessin..
Dans ce dessin :
La figure 1 est une vue semi-schématique en coupe verti- cale d'un appareil pour la réalisation du présent procédé et elle indique l'écoulement des matières.
La figure 8 est une vue en plan schématique de l'écoule- ment, montrant une variante du plan de la figure 1.
Il est connu depuis longtemps et apprécié que les matiè- res combustibles solides telles que le coke,-le charbon, etc..
.peuvent être transformées en combustibles'gazeux- plus préoi- eux. qui peuvent s'utiliser.plus efficacement sous cette forme.
Les procédés'au gaz de gazogène et au gaz à l'eau sont fami- 'liers à tout le monde mais aucun de ces procédés ntest entiè- rement satisfaisant parce.que le premier mentionné produit un combustible à faible'pouvoir calorifique et parce que le se- oond a jusqu'à présent nécessité un type de fonctionnement discontinu. On sait également que la carbonisation à basse température a dé nombreux avantages mais est difficile à réa- liser mécaniquement.
Le présent .procédé peut être .employé pour produire un gaz combustible précieux de puissance calo- rifique élevée, d'une manière continue et peut .être employé pour exécuter la carbonisation du charbon en même temps d'une manière mécaniquement efficace.,
On a désigné au dessin par 1 le broyeur ou le pulvériseur qui est.employé pour réduire un combustible solide à base de carbone sous une forme finement divisée, de préférence de l' ordre inférieur à 50 mailles ou inférieur à 100 mailles, bien que de petits morceaux de 1/4 à 1/2 pouce de dimension puis- sent être employés.
Dans le but de la description qui suit, la matière sera indiquée comme étant du charbon de carbonisa- tion mais il va de soi que d'autres matières peuvent être uti- lisées. Le charbon finement broyé tombe du broyeur dans une chambre de dispersion j3 dans laquelle il est complètement dis- persé dans un courant de vapeur surchauffée qui est envoyée -
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par le tuyau 3. Le charbon en dispersion est dit se trouver ' sous une forme " fluidifiée " parce que dans cette forme il est capable de s'écouler par des tuyaux, des robinets, des conduits et des accessoires de ce genre comme un liquide, en présentant à la fois des charges statiques et dynamiques.
Le ¯ courant fluidifié passe par le tuyau 4-dans la partie inféri- eure d'une chambre de carbonisation 5 qui a la forme d'un cy- lindre pourvu à son extrémité inférieur d'une base conique 6, Une grille ou un écran est situé dans la partie inférieure de la chambre, avantageusement à l'endroit où le cône et le cy- lindre se réunissent. ¯ 'DU tuyau vertical allongé 7 débouchant de préférence au- dessus de 'la grille ou de l'écran est prévu pour emporter un courant fluidifié dé matières solides de la chambre d carbo- nisation 5 -et le courant est alors conduit par,le'tuyau verti- cal 8 dans une chambre de combustion 9 qui est semblable.à la chambre 5.
De l'air est introduit dans le courant retiré de matière solide fluidifiée ,en 10 et/provoque l'écoulement du courant comme on l'expliquera .ci-après vers le haut dans la chambre 9 où une combustion rapide a lieu. De l'air supplémen- taire peut être ajouté à la chambre 9 par le tuyau 9'.
Un tuyau de départ 11 est prévu pour emporterun courant de matière solide fluidifiée de la chambre de'combustion 9 et 1'évacuer dans la chambre 5 de sorte que la matière fortement chauffée de la chambre de combustion 9 qui est à une tempéra- ture de 1800 à 2400 F est constamment remise en circulation vers la chambre de carbonisation 5. Cette chambre est à la tem- pérature usuelle de carbonisation'de 500 à 1200 F et le chauf- fage préalable et-le chauffage de carbonisation sont donc four- nis sensiblement'complètemen t par la chaleur fournie par la chambre de combustion.
Les vapeurs sont retirées de la chambre de carbonisation 5 par un tuyau 12 et sont envoyés à travers le refroidisseur 13 et de là vers des moyens appropriés quelconques pour la ré- cupération des produits de distillation du charbon. Le refroi- disseur 13 peut être du type indirect représenté ou du type di- rect, suivant les désirs. Le système de récupération ( non re- . présenté ) ne doit pas être décrit en détail parce que ces sys- tèmes sont bien connus dans le métier et doivent fournir un moyen de séparer la poussière, le goudron, les huiles légères, l'ammoniaque, et les gaz combustibles.
Les gaz de combustion sont enlevés de la chambre 9 par un tuyau 14 qui conduit- à un séparateur de poussière 15 et vers un bouITleur 16 à chaleur perdue pour la production de vapeur.
La poussière 'séparée peut être envoyée à la chambre 9 par un tuyau 17.
Le* tuyau 11' qui est représenté comme ,un. branchement du tuyau 11 est prévu pour soutirer une partie du contenu fluidi- fié fortement chauffé de la chambre 9 et le conduire à un géné- rateur de gaz 18. Ce générateur est représenté sous la forme dtun récipient cylindrique vertical pourvu d'une base conique semblable aux chambres 5 et 9, décrites ci-dessus, et est de préférence pourvu d'un 'écran destiné à agir comme distributeur à sa partie inférieure. Le courant de matière solide fluidifiée est envoyé dans la chambre de préférence en-dessous de l'écran comme on l'a décrit ci-dessus et de la vapeur surchauffée est envoyée par un tuyau 19.
Le générateur est maintenu à une tem- pérature comprise entre environ 1400 et 2000 F, convenant pour la réaction rapide du carbone et de la vapeur pour produire du gaz à l'eau par la réaction bien connue.
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Du gaz est retiré de façon continue par un tuyau 20 et envoyé à un séparateur de poussière 21 et à un réfrigérant 22.
Ensuite le gaz peut être traité d'une manière usuelle quel- conque pour l'enlèvement du soufre et d'autres impuretés dans un équipement non représenté, ce qui le rend susceptible d' être employé comme gaz de ville ou autrement. Si on le désire, la totalité ou une partie du gaz résultant de la carbonisa- tion du charbon peut être mélangée au gaz à l'eau.
' 'Un courant fluidifié de matière solide qui est mainte- nant fortement exempt de carbone est retiré par le tuyau 23 du gazogène 18 e peut être évacué dans la chambre 24, dans laquelle estsoufflée de la vapeur admise'par le tuyau 25, et est ensuite retiré par le tuyau 19 dans un état fortement sur- chauffé nécessaire pour la production de gaz à l'eau. Une par- tie de la matière solide flmidifiée est prise à la chambre de surchaufage 24 par un tuyau 26 et peut etre renvoyée au tuyau 8 en vue de la recirculation vers la chambre de combustion 9.
Une petite partie a été évacuée en 27 pour empêcher l'accumu- lation dans le système.
Le système décrit ci-dessus est très flexible et capable de nombreux modes de fonctionnement. Il comporte trois cham- bres principales ou zônes, la première pour la carbonisation, la seconde pour la combustion et la troisième pour la produc- %ion de gaz à l'eau mais toutes trois doivent être employées simultanément. En tout cas, la zone de combustion fonctionne -à la température la plus élevée et est employée pour produire de la chaleur à haute température qui est utilisée pour la production de gaz soit par la carbonisation soit par la pro- duction de gaz à l'eau, opérations qui sont effectuées à de basses températures.
La chaleur est transportée de la chambre de combustion vers les chambres de production de gaz par'des courants à écoulement continu de matière solide fluidifiée.
Le procédé est ainsi rendu complètement continu, -Si du charbon est employé comme matière première, il est de préférence envoyé directement dans la chambre de carbonisa- tion et la chaleur pour la carbonisation est fournie par un courant de carbone fortement chauffé s'écoulant contiûment de la chambre de combustion par le tuyau 11 et s'évacuant dans la chambre 5. La température est susceptible d'un réglage très soigné et d'un contrôle et est répartie rapidement à travers la masse fluidifiée dans la chambre de carbonisation à cause du degré élevé d'agitation maintenu dans celle-ci.
La chambre 5 est suffisamment grande pour permettre la carbonisation aom- plète très rapidement et les matières solides enlevées par le tuyau 7 sont sensiblement exemptes de matières volatiles mais sont capables de brûler rapidement avec l'air dans la chambre de combustion 9. Le'procédé peut être mis en fonctionnement- sans la production de gaz à l'eau, moyennant la fermeture d'un robinet dans le tuyau 11'. Si on le désire, une matière inerte telle que du sable peut étre ajoutée au charbon et mise en air- culation dans les chambres 5 et 9 et les tuyaux conjugués 7, 8 et 11 de façon à fournir un grand volume de matière solide Transportant la chaleur,,
mais ceci n'est pas absolument néces- saire vu que la teneur en cendres du charbon peut être autori- sée à s'accumuler et à fournir ainsi n'importe quelle quantité désirée de matière solide inerte. Des charbons contenant beau- coup de cendres peuvent alors être employés dans le procédé.
Il est important, dans cette opération, de ne pas attein- dre une température telle que la matière solide est amenée à s'agglomérer ou à fondre et si la teneur en cendres du charbon
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employé a une tendance en ce sens, des matières supplémentai- res telles que-de la chaux, de la magnésie, etc... peuvent être ajoutées pour élever le point de'fusion de la cendre de façon que le fonctionnement puisse se faire efficacement même si la cendre a un point de fusion relativement bas.
Il est désirable dans la plupart des cas de faire fonc- tionner le gazogène à-gaz à l'eau avec lecarboniseur comme on l'a décrit. Dans la plupart des cas, il y a dans la combustion de la partie non volatile solide du charbon de la chaleur dis- ponible en excès sur celle requise par la carbonisation et le gaz produit avec le carbone en excès de cette manière est par conséquent peu coûteux. ' -
On comprendra que l'on peut faire .fonctionner le présent procédé en employant du coke au lieu d'un charbon de carbonisa- tion comme matière première. Dans ce cas il n'y a naturellement pas de carbonisation. La poussière de coke sera donc envoyée . directement dans le tuyau 8 et les robinets dansles tuyaux 4 et
11 seront fermés.
Dans ce cas le courant fluidifié-de coke est envoyé au tuyau 8 par le tuyau 8' et dans la chambre 9 de là par le tuyau 11' dans les chambres 18 et 24. L'addition d'un véhicule de chaleur inerte est' particulièrement avantageuse dans cette opération, spécialement au démarrage. A ce moment de l'huile est introduite et brûlée dans 9, jusqu'à ce que la température d'allumage ducoke soit atteinte.
L'appareillage du présent procédé est entièrement con- struit pour le fonctionnement à basse pression, mais des tempé- ratures élevées sont nécessaires spécialement dans la zone de combustion et les tuyaux conjugués. L'équipement doit être dou- blé au moyen de plaques ou de briques résistant aux hautes tem- pératures et l'on trouve qu'il doit y avoir peu d'usure si la vitesse des courants fluidifiés est maintenu dans la gamme de
25 à 75 pieds par seconde. Le fonctionnement des zones de ré- action est régulier et se fait sans difficulté.
La'vitesse as- censionnelle du gaz doit être de l'ordre de 0,5 à 6 pieds par seconde lorsque la matière solide est de 50 à 200 mailles et progressivement plus élevée pour de plus grandes' dimensions, soit de 10 à 20 pieds par seconde pour des morceaux de 1/4 à
1/2". Ces vitesses sont suffisantes pour empêcher le dépôt de la matière solide en masses compactes et les réactions se pro- duisant très rapidement parce qu'elles sont effectuées lorsque la matière solide est à l'état fluidifié. De plus comme on l'a indiqué précédemment le réglage de la température est extrême- ment précis.
La vitesse du gaz requise pour maintenir l'état fluidifié varie quelque peu avec la nature et les dimensions des particules solides et du gaz fluidifiant particulier, mais en général la variation n'est pas grande et la quantité minima est de l'ordre de 0,02- 0,07 pieds cubiques par livre. Lors- qu'on fluidifie avec une aussi petite quantité de gaz, il en résulte un courant ou une suspension très dense et le seul ef- fet de l'addition de gaz supplémentaire au courant fluidifié est la réduction de la densité et de la suspension. On tire parti de ces propriétés du courant fluidifié en-vue d'effectuer l'écoulement de la matière d'une z8ne à ltautre. Ainsi le cou- ' tant est amené à descendre par le tuyau 7 et à remonter par-le tuyau 8 par addition d'air au point 10.
La densité du courant fluidifié dans le tuyau 7 est beaucoup plus grande que dans le tuyau 8 et une pression différentielle est ainsi produite qui est égale au produit- de la hauteur de la colonne dans le tuyau
7 et de la densité dans celui-ci moins la hauteur du produit dans la colonne multipliée par la densité du courant s'écoulant
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dans celle-ci. L'équipement doit atre construit avec soin de façon que la pression différentielle soit suffisante pour sur- monter la perte due au frottement.' De petites quantités de-gaz seront ajoutées aux tuyaux et aux chambres en différents points de faon à maintenir la fluidification. Ceci est particulière- ment important lorsqu'un courant fluidifié s'écoule vers le bas dans un tuyau ou une chambre.
La figure 2 montre un plan d'écoulement représentant une méthode qui est particulièrement applicable au traitement de matières combustibles solides à base de carbone, telles que celles exposées à la figure 1, en particulier du charbon, de la tourbe, le schiste, les sables goudronneux, etc... L'appa- reil employa est très semblable à celui de la figure 1 mais le plan d'écoulement .est un peu plus complet.
. La matière brute sous une forme finement divisée pénètre en 30 et passe directement à la phase de carbonisation à basse température indiquée on SI. Des produits de distillation sont enlevés de 31 et sont séparés en produits gazeux et liquides dans l'équipement de séparation indiqué d'une manière générale en 32.
Le résidu de coke produit comme résultat de la carbonisa- tion est conduit vers la phase de combustion de l'opération, indiquée en 33, où de 'l'air est également introduit. Des gaz de cheminée sont enlevés en 34 et le résidu chaud en 35. Une partie de ce résidu est renvoyée à la phase de carbonisation
31, comme on l'a indiqué par la conduite 36 en vue d'apporter de la chaleur pour la carbonisation, comme on l'a expliqué pré- cédemment, et la seconde partie de ce résidu charbonneux est conduit vers la phase de production'de gaz à l'eau indiquée en
37. De-la vapeur est ajoutée en 38 et les constituants-de oen- dres du combustible initial sont recueillis et évacués en.39.
Le gaz qui est en grande partie du co et de l'hydrogène est enlevé en 40 et une partie de celui-ci peut être soutirée pour des opérations de chauffage en 41. Au restant du gaz on ajoute une quantité supplémentaire de vapeur en 42 et le mélange est envoyé dans une phase catalytique de conversion dans laquelle l'oxyde de carbone est transformé avec de la vapeur en acide carbonique,
Le gaz qui reste est comprimé en 44 et l'acide' carbonique est séparé en 45. Le gaz restant, qui est sensiblement de l'hy- drogène pur, est alors employé pour l'hydrogénation des pro- duits liquides dé distillation provenant de la carbonisation initiale. Ceci est effectué dans la phase d'hydrogénation indi- quée en 46.
On comprendra que les phases de carbonisation, de oombus- tion et de production de gaz à l'eau sont conduites exactement comme on l'a indiqué à la description précédente de la figure
1, c'est-à-dire pendant que la matière' solide est à l'état fluidifié. La conversion de CO en CO2 et en hydrogène au moyen de vapeur est de préférence effectuée -catalytiquement en: em- ployant oomme catalyseur de l'oxyde de fer ou de l'oxyde de fer activé au moyen de chrome et de matières semblables qui- sont bien connues dans le métier. La conversion est effectuée à une température de ,l'ordre de 8500 F et une basse pression est ordinairement employée.
La phase d'hydrogénation.peut être un quelconque d'un cer- - tain nombres de types différents qui .sont bien connus dans le métier. Elle peut être effectuée par exemple dans des conditions d'hydrogénation modérée, c'est-à-dire à des températures et à
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des pressions relativement basses, de façon que lthydrogène fasse un peu plus que d'effectuer une purification par enlève- ment de soufre, d'azote et d'éléments analogues. D'autre part, l'hydrogénation peut être effectuée dans une. condition destruc-
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tice, c test-à-dire à des pressions supérieures à 20 atm. et de préférence à environ 200 atm.' et à une température allant parcexemple de 700 à 1100 F.
De cette manière les matières goudronneuses sont transformées complètement en des liquides à plus bas point d'ébullition, riches eà hydrogène. Dans ces différentes façons d'effectuer l'hydrogénation, les.catalyseurs sont du type exempt de soufre, spécialement-ceux: contenant des métaux, des oxydes ou des sulfures du 6@ groupe du tableau pé- riodique, soit seuls soit en mélange avec d'autres ou avec des oxydes difficilement réductibles comme l'alumine, l'oxyde de zirconium, la magnésie ou la chaux. Des oxydes plus facilement réductibles, tels que l'oxyde de zinc, peuvent également être ajoutés aux mélanges catalyseurs.
Le présent procédé est donc capable de carboniser le char-
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bon et de produire oOÍltjtùnant un gaz combustible de qualité' supérieure, ses avantages seront pleinement compris des person- nes du métier..
REVENDICATIONS.
1.) 'On procédé perfectionné pour produire des gaz combus- tibles précieux à partir d'une matière solide contenant du car- bone, qui comprend les caractéristiques consistant à faire pas- , ser un courant fluidifié de matière solide à base de carbone, finement divisée, dans un circuit comprenant une zone de com- bustion dans laquelle une partie de la matière à base de car- bone est brûlée avec de l'air et. le restant est porté à une tem- pérature élevée et une z8ne de gazéification, et à fournir la chaleur pour la gazéification par le courant fortement chauffé de matière solide fluidifiée venant de la'zone de combustion.
3.)-Un procédé perfectionné pour produire des gaz combus- tibles précieux à partir'd'une matière solide contenant du car- bone, qui comprend les caractéristiques consistant à faire pas- ser un courant fluidifié dématière solide à base de carbone,
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finement di-vis6eiA dans une zone de carbonisation maintenue à une température de carbonisation} en suite de quoi des parties distillables de la matière sont enlevées en laissant des rési- dus de coke sous une forme fluidifiée finement pulvérisée, à retirer le résidu de cote fluidifié à le faire passer dans une zône de combustion, à brûler une partie du combustible avec de
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l'air pour produire une température - élevu, b, retirer les gaz de combustion,
à retirer un courant de matière solide fortement chauffée sous la forme fluidifiée de la zone de ocabustlèn,et
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"Improved process for the treatment of fuels".
The present invention relates to an improved process for the efficient use of solid carbon-based fuels, such as coal, coke, peat, etc., and more especially to a process for transforming these materials into more efficient products. valuable, especially in combustible gases.
The invention will be understood more fully from the description which follows and from the drawing.
In this drawing:
Figure 1 is a semi-schematic vertical sectional view of an apparatus for carrying out the present method and indicates the flow of materials.
Figure 8 is a schematic plan view of the flow, showing a variation of the plane of Figure 1.
It has long been known and appreciated that solid fuel materials such as coke, coal, etc.
.can be transformed into gaseous fuels - no longer. which can be used more effectively in this form.
The gasifier gas and water gas processes are familiar to everyone, but none of these processes is entirely satisfactory because the first mentioned produces a fuel with low calorific value and because the second has heretofore required a type of batch operation. It is also known that low temperature carbonization has many advantages but is difficult to carry out mechanically.
The present process can be employed to produce valuable fuel gas of high heat output in a continuous manner and can be employed to perform carbonization of coal at the same time in a mechanically efficient manner.
The crusher or pulverizer which is employed to reduce a solid carbon fuel to a finely divided form, preferably of the order of less than 50 mesh or less than 100 mesh, has been designated in the drawing by 1. small pieces 1/4 to 1/2 inch in size can be used.
For the purpose of the following description, the material will be referred to as charcoal, but it will be understood that other materials may be used. The finely ground coal falls from the crusher into a dispersion chamber j3 in which it is completely dispersed in a stream of superheated steam which is sent -
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through pipe 3. The dispersed coal is said to be in a "fluidized" form because in this form it is able to flow through pipes, taps, conduits and the like like a liquid. , exhibiting both static and dynamic loads.
The fluidized stream passes through the pipe 4-in the lower part of a carbonization chamber 5 which has the shape of a cylinder provided at its lower end with a conical base 6, A grid or a screen is located in the lower part of the chamber, preferably where the cone and the cylinder meet. ¯ 'DU elongated vertical pipe 7 preferably opening above the grid or screen is provided to carry a fluidized stream of solids from the carbonization chamber 5 - and the stream is then conducted by the 'vertical pipe 8 into a combustion chamber 9 which is similar to chamber 5.
Air is introduced into the withdrawn stream of fluidized solid material, at 10 and / causes the stream to flow as will be explained hereinafter upwards into chamber 9 where rapid combustion takes place. Additional air can be added to chamber 9 through pipe 9 '.
A starting pipe 11 is provided to take a stream of fluidized solid material from the combustion chamber 9 and discharge it into the chamber 5 so that the strongly heated material from the combustion chamber 9 which is at a temperature of 1800 to 2400 F is constantly recirculated to the carbonization chamber 5. This chamber is at the usual carbonization temperature of 500 to 1200 F and the pre-heating and the carbonization heating are therefore provided. substantially 'completely by the heat supplied by the combustion chamber.
The vapors are withdrawn from the carbonization chamber 5 through a pipe 12 and are sent through the cooler 13 and thence to any suitable means for the recovery of the coal distillates. The cooler 13 may be of the indirect type shown or of the direct type, as desired. The recovery system (not shown) should not be described in detail because these systems are well known in the art and should provide a means of separating dust, tar, light oils, ammonia. , and combustible gases.
The combustion gases are removed from the chamber 9 by a pipe 14 which leads to a dust separator 15 and to a waste heat burner 16 for the production of steam.
The separated dust can be sent to chamber 9 through pipe 17.
The * pipe 11 'which is shown as, a. connection of the pipe 11 is provided to withdraw a part of the strongly heated fluidified contents of the chamber 9 and lead it to a gas generator 18. This generator is shown in the form of a vertical cylindrical vessel provided with a conical base similar to chambers 5 and 9, described above, and is preferably provided with a screen intended to act as a distributor at its lower part. The stream of fluidized solid material is sent to the chamber preferably below the screen as described above and superheated steam is sent through pipe 19.
The generator is maintained at a temperature between about 1400 and 2000 F, suitable for the rapid reaction of carbon and steam to produce water gas by the well known reaction.
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Gas is continuously withdrawn through a pipe 20 and sent to a dust separator 21 and a refrigerant 22.
Then the gas can be treated in any conventional manner for the removal of sulfur and other impurities in equipment not shown, making it suitable for use as town gas or otherwise. If desired, all or part of the gas resulting from the carbonization of the coal can be mixed with the gas with water.
A fluidized stream of solid material which is now highly carbon-free is withdrawn through pipe 23 from gasifier 18 e can be discharged into chamber 24, into which is blown steam admitted through pipe 25, and is removed. then withdrawn through pipe 19 in a highly overheated condition necessary for the production of water gas. Part of the flmidified solid material is taken to the superheating chamber 24 by a pipe 26 and can be returned to the pipe 8 for recirculation to the combustion chamber 9.
A small portion was drained at 27 to prevent build-up in the system.
The system described above is very flexible and capable of many modes of operation. It has three main chambers or zones, the first for carbonization, the second for combustion and the third for the production of gas to water, but all three must be used simultaneously. In any event, the combustion zone operates at the highest temperature and is employed to produce high temperature heat which is used for gas production either by carbonization or by gas production. water, operations which are carried out at low temperatures.
Heat is transported from the combustion chamber to the gas producing chambers by continuously flowing streams of fluidized solids.
The process is thus made completely continuous. If coal is employed as a raw material, it is preferably sent directly to the carbonization chamber and the heat for the carbonization is provided by a continuously flowing strongly heated carbon stream. from the combustion chamber through pipe 11 and discharging into chamber 5. The temperature is subject to very careful adjustment and control and is distributed rapidly through the fluidized mass in the carbonization chamber due to the high degree of agitation maintained therein.
Chamber 5 is large enough to allow complete carbonization very quickly and the solids removed through pipe 7 are substantially free of volatiles but are capable of rapidly burning with air in combustion chamber 9. The process can be put into operation without the production of gas to water, by closing a valve in the pipe 11 '. If desired, inert material such as sand can be added to the carbon and air-circulated in chambers 5 and 9 and conjugate pipes 7, 8 and 11 so as to provide a large volume of solid material carrying the gas. heat,,
but this is not absolutely necessary since the ash content of the coal can be allowed to build up and thus provide any desired amount of inert solid. Charcoals containing a lot of ash can then be used in the process.
It is important in this operation not to reach a temperature such that the solid matter is caused to agglomerate or to melt and if the ash content of the coal
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employed has a tendency in this direction, additional materials such as lime, magnesia, etc. may be added to raise the melting point of the ash so that operation can be carried out efficiently. even though the ash has a relatively low melting point.
It is desirable in most cases to operate the water-gas generator with the carbonizer as described. In most cases there is in the combustion of the solid non-volatile part of the coal excess heat available over that required by carbonization and the gas produced with the excess carbon in this manner is therefore little. expensive. '-
It will be understood that the present process can be operated by employing coke in place of charcoal as a raw material. In this case there is naturally no carbonization. The coke dust will therefore be sent. directly in pipe 8 and the taps in pipes 4 and
11 will be closed.
In this case the liquefied stream of coke is sent to pipe 8 through pipe 8 'and into chamber 9 thence through pipe 11' in chambers 18 and 24. The addition of an inert heat vehicle is' particularly advantageous in this operation, especially at start-up. At this time oil is introduced and burnt in 9, until the ignition temperature of the coke is reached.
The apparatus of the present process is entirely constructed for low pressure operation, but elevated temperatures are required especially in the combustion zone and the mating pipes. The equipment should be lined with high temperature resistant plates or bricks and it is found that there should be little wear if the speed of the fluidized streams is kept within the range of
25 to 75 feet per second. The operation of the reaction zones is regular and takes place without difficulty.
The ascending gas velocity should be in the order of 0.5 to 6 feet per second when the solid matter is 50 to 200 meshes and progressively higher for larger dimensions, i.e. 10 to 20 feet. per second for pieces from 1/4 to
1/2 ". These velocities are sufficient to prevent the deposition of solid matter in compacted masses and reactions occurring very rapidly because they are carried out when the solid matter is in the fluidized state. Further, as one as indicated above, the temperature setting is extremely precise.
The gas velocity required to maintain the fluidized state varies somewhat with the nature and dimensions of the solid particles and the particular fluidizing gas, but in general the variation is not great and the minimum quantity is of the order of 0 .02- 0.07 cubic feet per pound. When fluidizing with such a small amount of gas a very dense stream or slurry results and the only effect of adding additional gas to the fluidized stream is to reduce density and slurry. . These properties of the fluidized stream are taken advantage of to effect the flow of material from one area to another. Thus the current is brought down through the pipe 7 and up through the pipe 8 by adding air at point 10.
The density of the fluidized stream in pipe 7 is much greater than in pipe 8 and a differential pressure is thus produced which is equal to the product of the height of the column in the pipe.
7 and the density therein minus the height of the product in the column multiplied by the density of the flowing stream
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in this one. The equipment should be carefully constructed so that the differential pressure is sufficient to overcome the loss due to friction. Small amounts of gas will be added to the pipes and chambers at various points in order to maintain fluidization. This is especially important when a fluidized stream is flowing downward in a pipe or chamber.
Figure 2 shows a flow plane representing a method which is particularly applicable to the treatment of solid carbon-based fuel materials, such as those shown in Figure 1, in particular coal, peat, shale, sands tarry, etc. The apparatus employed is very similar to that of figure 1 but the flow plane is a little more complete.
. The raw material in a finely divided form enters at 30 and proceeds directly to the low temperature carbonization phase indicated on S1. Still products are removed from 31 and are separated into gaseous and liquid products in the separation equipment generally indicated at 32.
The coke residue produced as a result of the carbonization is conducted to the combustion phase of the operation, indicated at 33, where air is also introduced. Flue gases are removed at 34 and the hot residue at 35. Part of this residue is returned to the carbonization phase.
31, as indicated by line 36 in order to provide heat for carbonization, as explained above, and the second part of this carbon residue is led to the production phase. gas to water indicated in
37. Steam is added at 38 and the ointment constituents of the initial fuel are collected and vented at 39.
The gas which is largely co and hydrogen is removed at 40 and part of it can be withdrawn for heating operations at 41. To the remainder of the gas is added an additional amount of steam at 42 and the mixture is sent to a catalytic conversion phase in which the carbon monoxide is converted with steam into carbonic acid,
The remaining gas is compressed at 44 and the carbonic acid is separated at 45. The remaining gas, which is essentially pure hydrogen, is then used for the hydrogenation of the liquid distillation products from the initial carbonization. This is carried out in the hydrogenation phase indicated in 46.
It will be understood that the phases of carbonization, combustion and water gas production are carried out exactly as indicated in the previous description of the figure.
1, that is, while the solid material is in the fluidized state. The conversion of CO to CO2 and hydrogen by means of steam is preferably effected -catalytically by: employing as a catalyst iron oxide or iron oxide activated by means of chromium and the like which- are well known in the art. The conversion is carried out at a temperature of, on the order of 8500 F, and low pressure is ordinarily employed.
The hydrogenation phase can be any of a number of different types which are well known in the art. It can be carried out for example under moderate hydrogenation conditions, that is to say at temperatures and at
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relatively low pressures, so that the hydrogen does little more than purify by removing sulfur, nitrogen, and the like. On the other hand, the hydrogenation can be carried out in a. destructive condition
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tice, i.e. at pressures above 20 atm. and preferably at about 200 atm. and at a temperature ranging for example from 700 to 1100 F.
In this way tarry materials are completely transformed into lower boiling liquids, rich in hydrogen. In these different ways of carrying out the hydrogenation, the catalysts are of the sulfur-free type, especially those: containing metals, oxides or sulphides of the 6 @ group of the periodic table, either alone or in admixture with them. others or with hardly reducible oxides such as alumina, zirconium oxide, magnesia or lime. More easily reducible oxides, such as zinc oxide, can also be added to catalyst mixtures.
The present process is therefore capable of carbonizing char-
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good and producing high quality fuel gas, its advantages will be fully understood by those skilled in the art.
CLAIMS.
1.) An improved process for producing valuable combustible gases from a carbon-containing solid, which comprises the characteristics of passing a fluidized stream of carbon-based solid material, finely divided, in a circuit comprising a combustion zone in which part of the carbon-based material is burned with air and. the remainder is brought to a high temperature and gasification zone, and to provide the heat for gasification by the highly heated stream of fluidized solid material from the combustion zone.
3.) - An improved process for producing valuable combustible gases from a carbon-containing solid material, which comprises the features of passing a fluidized stream of carbon-based solid material,
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finely divided into a carbonization zone maintained at a carbonization temperature} whereupon distillable parts of the material are removed leaving coke residue in a finely pulverized fluidized form, to remove the fluidized side residue to pass it through a combustion zone, to burn part of the fuel with
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air to produce a temperature - high, b, remove flue gases,
withdrawing a stream of strongly heated solid material in the fluidized form from the ocabustlèn zone, and